Darmowy fragment publikacji:
Tytuł oryginału: Electronics For Dummies, 3rd Edition
Tłumaczenie: Łukasz Piwko
ISBN: 978-83-283-2764-1
Original English language edition Copyright © 2015 by John Wiley Sons, Inc., Hoboken, New Jersey
All rights reserved including the right of reproduction in whole or in part in any form.
This translation published by arrangement with Wiley Publishing, Inc.
Oryginalne angielskie wydanie Copyright © 2015 by John Wiley Sons, Inc., Hoboken, New Jersey
Wszelkie prawa, włączając prawo do reprodukcji całości lub części w jakiejkolwiek formie,
zarezerwowane. Tłumaczenie opublikowane na mocy porozumienia z Wiley Publishing, Inc.
Translation copyright © 2016 by Helion SA
Wiley, the Wiley Publishing Logo, For Dummies, Dla Bystrzaków, the Dummies Man logo, Dummies.com,
Making Everything Easier, and related trade dress are trademarks or registered trademarks of John Wiley
Sons, Inc. and/or its affiliates in the United States and/or other countries. Used by permission.
Wiley, the Wiley Publishing Logo, For Dummies, Dla Bystrzaków, the Dummies Man logo, Dummies.com,
Making Everything Easier, i związana z tym szata graficzna są markami handlowymi John Wiley and
Sons, Inc. i/lub firm stowarzyszonych w Stanach Zjednoczonych i/lub innych krajach. Wykorzystywane na
podstawie licencji.
All rights reserved. No part of this book may be reproduced or transmitted in any form or by any means,
electronic or mechanical, including photocopying, recording or by any information storage retrieval system,
without permission from the Publisher.
Wszelkie prawa zastrzeżone. Nieautoryzowane rozpowszechnianie całości lub fragmentu niniejszej
publikacji w jakiejkolwiek postaci jest zabronione. Wykonywanie kopii metodą kserograficzną,
fotograficzną, a także kopiowanie książki na nośniku filmowym, magnetycznym lub innym powoduje
naruszenie praw autorskich niniejszej publikacji.
Autor oraz Wydawnictwo HELION dołożyli wszelkich starań, by zawarte w tej książce informacje były
kompletne i rzetelne. Nie biorą jednak żadnej odpowiedzialności ani za ich wykorzystanie, ani za związane
z tym ewentualne naruszenie praw patentowych lub autorskich. Autor oraz Wydawnictwo HELION nie
ponoszą również żadnej odpowiedzialności za ewentualne szkody wynikłe z wykorzystania informacji
zawartych w książce.
Drogi Czytelniku!
Jeżeli chcesz ocenić tę książkę, zajrzyj pod adres
http://dlabystrzakow.pl/user/opinie/eleby3
Możesz tam wpisać swoje uwagi, spostrzeżenia, recenzję.
Wydawnictwo HELION
ul. Kościuszki 1c, 44-100 Gliwice
tel. 32 231 22 19, 32 230 98 63
e-mail: dlabystrzakow@dlabystrzakow.pl
WWW: http://dlabystrzakow.pl
Printed in Poland.
• Kup książkę
• Poleć książkę
• Oceń książkę
• Księgarnia internetowa
• Lubię to! » Nasza społeczność
Spis treści
O autorce ..................................................................................................................... 13
Podziękowania od autorki ............................................................................................ 15
Wstęp .......................................................................................................................... 17
Część I: Podstawy elektroniki ................................. 21
Rozdział 1: Wprowadzenie do elektroniki .................................................................... 23
Czym jest elektronika? ...................................................................................................... 24
Skąd się bierze prąd elektryczny? ....................................................................................... 24
Budowa atomu ............................................................................................................. 25
Protony i elektrony jako nośniki ładunku ............................................................................ 26
Przewodniki i izolatory .................................................................................................. 27
Wytwarzanie prądu przez uporządkowanie ruchu elektronów .......................................... 27
Napięcie elektryczne ..................................................................................................... 28
Niech moc będzie z Tobą ............................................................................................. 28
Dlaczego napięcie jest inne? .............................................................................................. 29
Jak zaprząc energię elektryczną do pracy? ........................................................................... 30
Wykorzystywanie energii elektrycznej ............................................................................. 30
Pracujące elektrony dostarczają moc ............................................................................... 31
Kierowanie elektronów do miejsca przeznaczenia za pomocą obwodów elektronicznych ......... 31
Dostarczanie energii elektrycznej ........................................................................................ 33
Pobieranie prądu stałego z baterii .................................................................................. 33
Używanie prądu przemiennego z elektrowni ................................................................... 35
Zamiana światła w elektryczność ................................................................................... 35
Symbole wykorzystywane do oznaczania źródeł energii ........................................................ 36
Co elektrony potrafią zrobić ............................................................................................... 37
Wytwarzanie dobrych wibracji ....................................................................................... 37
Zobaczyć znaczy uwierzyć ............................................................................................. 37
Wyczuwanie i alarmowanie ........................................................................................... 38
Sterowanie ruchem ....................................................................................................... 38
Komputery ................................................................................................................... 38
Dźwięk, obraz i komunikacja ......................................................................................... 38
Poleć książkęKup książkę 6 Elektronika dla bystrzaków
Rozdział 2: Sprzęt dla początkującego elektronika ...................................................... 39
Potrzebne narzędzia ......................................................................................................... 40
Gromadzenie zapasowych części ........................................................................................ 42
Przygotowanie do startu .................................................................................................... 46
Posługiwanie się płytką prototypową .................................................................................. 46
Rozdział 3: Co w obwodach piszczy? ........................................................................... 49
Obwody zamknięte i otwarte oraz zwarcia .......................................................................... 49
Umowny kierunek przepływu prądu ................................................................................... 52
Analiza prostego obwodu .................................................................................................. 52
Budowa obwodu z diodą LED ..................................................................................... 53
Mierzenie napięć .......................................................................................................... 56
Mierzenie prądu ........................................................................................................... 59
Obliczanie mocy ........................................................................................................... 60
Rozdział 4: Tworzenie połączeń ................................................................................... 63
Połączenia szeregowe i równoległe ..................................................................................... 64
Połączenia szeregowe .................................................................................................... 64
Połączenia równoległe ................................................................................................... 65
Włączanie i wyłączanie prądu ............................................................................................ 68
Sterowanie działaniem przełącznika ............................................................................... 69
Nawiązywanie połączeń ................................................................................................ 70
Obwody mieszane ............................................................................................................ 71
Włączamy zasilanie ........................................................................................................... 74
Jak wyglądają układy elektroniczne? ................................................................................... 75
Część II: Sterowanie prądem
za pomocą elementów elektronicznych .................... 79
Rozdział 5: Stawiamy opór ........................................................................................... 81
Ograniczanie przepływu prądu .......................................................................................... 82
Rezystory — bierne, ale potężne ....................................................................................... 83
Do czego służą rezystory? .............................................................................................. 83
Rodzaje rezystorów — stałe i zmienne ........................................................................... 87
Moc znamionowa rezystorów ......................................................................................... 92
Łączenie rezystorów .......................................................................................................... 94
Szeregowe łączenie rezystorów ....................................................................................... 94
Równoległe łączenie rezystorów ..................................................................................... 96
Kombinacje szeregowych i równoległych połączeń rezystorów .......................................... 98
Rozdział 6: Przestrzeganie prawa Ohma .................................................................... 101
Prawo Ohma ................................................................................................................. 101
Przepływ prądu mimo stawianego mu oporu ................................................................. 101
Wszystko jest proporcjonalne ....................................................................................... 102
Jedno prawo, trzy równania ......................................................................................... 103
Poleć książkęKup książkę
Spis treści
7
Zastosowanie prawa Ohma do analizy obwodów .............................................................. 104
Obliczanie natężenia prądu płynącego przez element .................................................... 104
Obliczanie wartości napięcia prądu w elemencie ........................................................... 105
Obliczanie rezystancji ................................................................................................. 107
Zobaczyć, aby uwierzyć, czyli prawo Ohma naprawdę działa! ........................................... 107
Do czego tak naprawdę przydaje się prawo Ohma? .......................................................... 110
Analizowanie skomplikowanych obwodów .................................................................... 110
Projektowanie i modyfikowanie obwodów ..................................................................... 112
Moc prawa Joule’a .......................................................................................................... 113
Zastosowanie prawa Joule’a przy wyborze elementów elektronicznych ............................ 113
Joule i Ohm — doskonały duet ................................................................................... 114
Rozdział 7: Kondensatory jako źródło energii ............................................................ 115
Kondensatory — zbiorniki na energię elektryczną ............................................................. 116
Ładowanie i rozładowywanie kondensatorów .................................................................... 117
Obserwowanie ładowania kondensatora ....................................................................... 119
Przeciwstawianie się zmianom napięcia ........................................................................ 122
Przepuszczanie prądu zmiennego ................................................................................ 122
Do czego służą kondensatory ........................................................................................... 123
Charakterystyka kondensatorów ....................................................................................... 124
Definicja pojemności elektrycznej ................................................................................. 124
Pilnowanie napięcia znamionowego ............................................................................. 126
Wybór rodzaju (dielektryku) kondensatora ................................................................... 126
Rozmiary kondensatorów ............................................................................................ 126
Polaryzacja kondensatorów ......................................................................................... 127
Odczytywanie wartości kondensatorów ......................................................................... 127
Kondensatory zmienne ................................................................................................ 129
Interpretowanie symboli kondensatorów ....................................................................... 130
Łączenie kondensatorów ................................................................................................. 130
Równoległe łączenie kondensatorów ............................................................................. 130
Szeregowe łączenie kondensatorów .............................................................................. 131
Współpraca z rezystorami ............................................................................................... 132
Czas jest najważniejszy ................................................................................................ 132
Wyznaczanie stałej czasowej obwodu RC ..................................................................... 134
Modyfikowanie stałej czasowej obwodu RC ................................................................. 135
Rozdział 8: Cewki indukcyjne .................................................................................... 139
Niedalecy krewni — magnetyzm i elektryczność ............................................................... 140
Rysowanie linii za pomocą magnesu ............................................................................ 140
Wytwarzanie pola magnetycznego za pomocą elektryczności .......................................... 141
Indukcja prądu za pomocą magnesu ............................................................................. 142
Cewka indukcyjna — zwój o magnetycznej osobowości ..................................................... 143
Mierzenie indukcyjności .............................................................................................. 144
Przeciwstawne zmiany prądu ....................................................................................... 144
Obliczanie stałej czasowej obwodu RL ........................................................................ 145
Poleć książkęKup książkę 8 Elektronika dla bystrzaków
Nadążanie (albo i nie!) za prądem przemiennym .......................................................... 146
Zmiana zachowania zależnie od częstotliwości .............................................................. 146
Zastosowania cewek indukcyjnych ................................................................................... 147
Sposoby użycia cewek indukcyjnych w obwodach .............................................................. 148
Oznaczenia indukcyjności ........................................................................................... 148
Łączenie ekranowanych cewek indukcyjnych ................................................................. 149
Dostrajanie do stacji radiowych ........................................................................................ 149
Rezonans w obwodach RLC ...................................................................................... 149
Krystalicznie czysty rezonans ....................................................................................... 151
Oddziaływanie na elementy sąsiednie — transformatory ................................................... 152
Co łączy nieekranowane cewki indukcyjne? .................................................................. 152
Izolowanie obwodów od źródła zasilania ...................................................................... 153
Podwyższanie i obniżanie napięcia ............................................................................... 153
Rozdział 9: W świecie diod ........................................................................................ 155
Przewodzić czy nie przewodzić? ...................................................................................... 155
Struktura półprzewodników ......................................................................................... 156
Półprzewodniki typu n i p ........................................................................................... 157
Tworzenie elementów przy użyciu kombinacji półprzewodników typów n i p .................. 157
Diody złączowe .............................................................................................................. 158
Polaryzacja diod ......................................................................................................... 159
Przewodzenie prądu przez diodę ................................................................................. 160
Wartości znamionowe diod .......................................................................................... 160
Identyfikacja diod ....................................................................................................... 161
Którą stroną podłączać? .............................................................................................. 161
Zastosowanie diod w obwodach ...................................................................................... 162
Prostowanie prądu zmiennego ..................................................................................... 162
Regulowanie napięcia przy użyciu diod Zenera ............................................................ 163
Światło z diod LED ................................................................................................... 164
Włączanie diody LED ................................................................................................ 166
Inne zastosowania diod ............................................................................................... 169
Rozdział 10: Niesamowicie utalentowane tranzystory .............................................. 171
Tranzystory — mistrzowie przełączania i wzmacniania sygnałów ....................................... 172
Tranzystory bipolarne ................................................................................................. 173
Tranzystory polowe .................................................................................................... 174
Jak rozpoznać tranzystor? ............................................................................................ 175
Rewolucja półprzewodnikowa ......................................................................................... 176
Jak działają tranzystory? .................................................................................................. 176
Modelowanie działania tranzystorów ............................................................................ 177
Posługiwanie się tranzystorem ..................................................................................... 178
Wzmacnianie sygnałów za pomocą tranzystorów ............................................................... 179
Polaryzacja tranzystora, aby działał jak wzmacniacz ...................................................... 180
Kontrolowanie wzmocnienia napięciowego ................................................................... 181
Konfiguracja obwodów wzmacniających z tranzystorami ................................................ 181
Poleć książkęKup książkę
Spis treści
9
Przełączanie sygnałów za pomocą tranzystorów ................................................................ 182
Wybór tranzystora .......................................................................................................... 182
Najważniejsze parametry tranzystorów ......................................................................... 183
Identyfikacja tranzystorów ........................................................................................... 183
Zdobywanie doświadczenia w pracy z tranzystorami ......................................................... 184
Wzmacnianie prądu .................................................................................................... 184
Przełącznik jest włączony! ........................................................................................... 186
Rozdział 11: Innowacyjne układy scalone ................................................................. 189
Dlaczego układy scalone? ................................................................................................ 190
Układy analogowe, cyfrowe i mieszane ............................................................................. 191
Podejmowanie logicznych decyzji ..................................................................................... 191
Na początku był bit ..................................................................................................... 192
Przetwarzanie danych przy użyciu bramek .................................................................... 193
Upraszczanie bramek przy użyciu tabel prawdy ............................................................ 195
Tworzenie elementów logicznych ................................................................................. 197
Jak używać układów scalonych? ....................................................................................... 198
Identyfikacja układów scalonych według numerów części ............................................... 198
Najważniejsza jest obudowa ........................................................................................ 198
Styki układów scalonych .............................................................................................. 200
Korzystanie z kart danych katalogowych ....................................................................... 202
Posługiwanie się logiką ................................................................................................... 203
Światełko na końcu bramki NAND ............................................................................. 203
Budowa bramki OR z trzech bramek NAND .............................................................. 205
Popularne rodzaje układów scalonych .............................................................................. 206
Wzmacniacze operacyjne ............................................................................................. 206
Wehikuł czasu — układ 555 ....................................................................................... 208
Licznik dziesiętny 4017 .............................................................................................. 214
Mikrokontrolery .......................................................................................................... 215
Inne popularne układy scalone ..................................................................................... 216
Rozdział 12: Wybieranie dodatkowych części ........................................................... 217
Łączenie elementów ........................................................................................................ 218
Wybór rodzaju przewodów .......................................................................................... 218
Złącza ....................................................................................................................... 219
Zasilanie ........................................................................................................................ 220
Wyciskanie siódmych potów z baterii ........................................................................... 221
Wykorzystanie energii słonecznej ................................................................................. 224
Zasilanie z gniazdka ściennego (niezalecane) ............................................................... 224
Czujniki ......................................................................................................................... 226
Zobaczyć światło ........................................................................................................ 227
Wychwytywanie dźwięku za pomocą mikrofonów .......................................................... 227
Wykrywanie ciepła ...................................................................................................... 228
Inne rodzaje przetworników wejściowych ...................................................................... 230
Efekt działania urządzeń elektronicznych .......................................................................... 230
Poleć książkęKup książkę 10 Elektronika dla bystrzaków
Głos głośników ........................................................................................................... 231
Brzęczenie brzęczyków ................................................................................................ 232
Silniki prądu stałego ................................................................................................... 233
Część III: Żarty się skończyły ............................... 235
Rozdział 13: Urządzanie warsztatu i dbanie o bezpieczeństwo ................................. 237
Wybór miejsca na warsztat .............................................................................................. 238
Podstawowe wyposażenie warsztatu ............................................................................. 238
Stół warsztatowy ......................................................................................................... 239
Gromadzenie narzędzi i materiałów ................................................................................. 239
Polowanie na miernik uniwersalny ............................................................................... 240
Sprzęt do lutowania .................................................................................................... 241
Gromadzenie narzędzi ręcznych .................................................................................. 242
Szmatki i środki czyszczące ......................................................................................... 243
Środki smarne ............................................................................................................ 244
Materiały klejące ......................................................................................................... 245
Inne narzędzia i materiały ............................................................................................ 246
Zaopatrywanie się w części zapasowe .............................................................................. 247
Płytki stykowe ............................................................................................................ 247
Zestaw początkowy ..................................................................................................... 248
Wyposażenie dodatkowe ............................................................................................. 249
Przechowywanie części ................................................................................................ 250
Ochrona zdrowia i elementów elektronicznych .................................................................. 250
Elektryczność może być naprawdę niebezpieczna .......................................................... 251
Bezpieczne lutowanie .................................................................................................. 254
Unikanie wyładowań elektrostatycznych jak zarazy ....................................................... 255
Rozdział 14: Interpretowanie schematów ................................................................. 259
Co to jest schemat i do czego służy? ................................................................................. 259
Spojrzenie z szerokiej perspektywy ................................................................................... 260
Połączenia są najważniejsze ......................................................................................... 261
Prosty obwód z baterią ................................................................................................ 262
Insygnia mocy ................................................................................................................. 262
Wskazywanie źródła napięcia ...................................................................................... 263
Oznaczanie masy ........................................................................................................ 264
Oznaczanie elementów elektronicznych ............................................................................ 265
Analogowe elementy elektroniczne ............................................................................... 267
Elementy cyfrowe i układy scalone ............................................................................... 268
Pozostałe elementy ..................................................................................................... 270
Miejsca dokonywania pomiarów ...................................................................................... 271
Analiza schematu ........................................................................................................... 272
Inne standardy symboli elementów elektronicznych ............................................................ 273
Poleć książkęKup książkę
Spis treści
11
Rozdział 15: Budowa układów elektronicznych ......................................................... 275
Płytki stykowe ................................................................................................................ 276
Szczegóły budowy płytki stykowej ................................................................................ 277
Rozmiary płytek stykowych .......................................................................................... 279
Konstruowanie układów elektronicznych z wykorzystaniem płytek stykowych ...................... 279
Przygotowywanie części i narzędzi ............................................................................... 279
Przygotowywanie łączówek na zapas ............................................................................ 280
Topografia układu ...................................................................................................... 281
Zapobieganie uszkodzeniom ....................................................................................... 284
Podstawy lutowania ........................................................................................................ 284
Przygotowywanie do lutowania .................................................................................... 284
Technika lutowania .................................................................................................... 285
Sprawdzanie jakości połączenia ................................................................................... 287
Rozlutowywanie ......................................................................................................... 287
Postępowanie po zakończeniu lutowania ...................................................................... 288
Bezpieczeństwo w czasie lutowania .............................................................................. 288
Łączenie elementów na stałe ............................................................................................ 289
Rodzaje płytek drukowanych ....................................................................................... 289
Budowanie układu na płytce perforowanej .................................................................... 289
Wykonywanie własnej płytki obwodu drukowanego ....................................................... 292
Rozdział 16: Wykonywanie pomiarów miernikiem uniwersalnym .............................. 293
Niezwykłe możliwości małego miernika uniwersalnego ...................................................... 294
Ależ to jest przecież woltomierz! .................................................................................. 295
To także amperomierz! ............................................................................................... 295
Omomierz też! ........................................................................................................... 296
Rodzaje mierników uniwersalnych ................................................................................... 296
Analogowy czy cyfrowy? ............................................................................................. 297
Multimetr cyfrowy ....................................................................................................... 298
Wybór zakresu pomiaru .............................................................................................. 299
Kalibracja miernika uniwersalnego ................................................................................... 301
Posługiwanie się miernikiem uniwersalnym ....................................................................... 302
Pomiar napięcia prądu ................................................................................................ 303
Pomiar natężenia prądu .............................................................................................. 304
Pomiar rezystancji ...................................................................................................... 305
Inne rodzaje prób ........................................................................................................ 311
Sprawdzanie obwodów miernikiem uniwersalnym ............................................................. 311
Rozdział 17: Składanie projektów w całość .............................................................. 313
Potrzebne części ............................................................................................................. 314
Migacz z diod LED ....................................................................................................... 314
Podstawowe informacje o obwodzie migacza ................................................................ 315
Budowa układu migacza ............................................................................................. 316
Sprawdzanie gotowego obwodu ................................................................................... 318
Konstrukcja migacza rowerowego .................................................................................... 319
Poleć książkęKup książkę 12 Elektronika dla bystrzaków
Wykrywanie intruzów za pomocą alarmu światłoczułego .................................................... 320
Lista części do budowy świetlnego alarmu .................................................................... 322
Praktyczne zastosowania alarmu .................................................................................. 322
Muzyka w skali C-dur ..................................................................................................... 323
Odstraszanie intruzów syreną .......................................................................................... 325
Potrzebne części ......................................................................................................... 325
Zasada działania alarmu ............................................................................................. 326
Wzmacniacz dźwięku z regulacją głośności ....................................................................... 327
Samochodowy migacz ..................................................................................................... 328
Budowa układu 1. ...................................................................................................... 330
Sterowanie światłami .................................................................................................. 330
Budowa układu 2. ...................................................................................................... 331
Sygnalizacja świetlna ...................................................................................................... 332
Część IV: Dekalogi .............................................. 337
Rozdział 18: Dziesięć sposobów na poszerzenie horyzontów .................................... 339
Obwody z internetu ........................................................................................................ 339
Gotowe projekty elektroniczne ......................................................................................... 340
Symulowanie układów elektronicznych ............................................................................. 340
Badanie sygnałów przemiennych ...................................................................................... 340
Liczenie megaherców ...................................................................................................... 341
Generowanie różnych rodzajów sygnałów ......................................................................... 341
Podstawy architektury komputerów .................................................................................. 341
Mikrokontrolery .............................................................................................................. 341
Raspberry Pi .................................................................................................................. 342
Praktyka czyni mistrza .................................................................................................... 342
Rozdział 19: Dziesięć najpopularniejszych sklepów z częściami elektronicznymi .... 343
Polska ............................................................................................................................ 343
Aprovi ....................................................................................................................... 343
AVT ......................................................................................................................... 344
Centrum Elektroniki ................................................................................................... 344
Cyfronika ................................................................................................................... 344
Elfa Distrelec ............................................................................................................. 344
Allegro ...................................................................................................................... 344
Poza Polską ................................................................................................................... 344
RadioShack ............................................................................................................... 344
All Electronics ........................................................................................................... 345
Farnell ....................................................................................................................... 345
Parts Express ............................................................................................................. 345
Dyrektywa RoHS .......................................................................................................... 345
Nowe, używane czy z wyprzedaży? .................................................................................. 345
Słowniczek ................................................................................................................ 347
Skorowidz ................................................................................................................. 357
Poleć książkęKup książkę5
Stawiamy opór
.........................................................................
W tym rozdziale:
► Wykorzystanie rezystancji do własnych celów
► Zmienianie siły rezystancji
► Wytwarzanie rezystancji o wybranej wartości
► Dlaczego diody LED potrzebują rezystorów
.........................................................................
J
eśli wrzucisz kulkę do piaskownicy, to potoczy się ona niezbyt daleko. Gdyby jednak tę
samą kulkę rzucić na zamarznięte jezioro, to zanim by się zatrzymała, przebyłaby szmat
drogi. W obu przypadkach do zatrzymania kulki dochodzi w wyniku działania siły
mechanicznej nazywanej tarciem — na piasku tarcie jest znacznie większe niż na lodzie.
Rezystancja w elektronice w dużym stopniu przypomina tarcie mechaniczne — hamuje
elektrony (te małe cząstki, które tworzą prąd) poruszające się wewnątrz materiału
przewodzącego.
Z tego rozdziału dowiesz się, czym dokładnie jest
rezystancja, gdzie można na nią trafić (wszędzie)
oraz jak można ją wykorzystać do własnych celów
poprzez dobór odpowiednich rezystorów
(elementów służących do kontrolowanego
zwiększania rezystancji) do swoich układów
elektronicznych. Następnie dowiesz się, jak za
pomocą rezystorów kontrolować prąd w obwodach.
Potem zbudujesz i zbadasz kilka obwodów z użyciem
rezystorów i diod LED. A na koniec dowiesz się,
dlaczego rezystory są tak bardzo ważne — i co się
stanie, gdy jakiś ważny rezystor pójdzie na wagary.
Poleć książkęKup książkę82 Część II: Sterowanie prądem za pomocą elementów elektronicznych
Ograniczanie przepływu prądu
Rezystancja to wielkość charakteryzująca opór, jaki dany przedmiot stawia przepływającemu
prądowi. Mimo iż brzmi to groźnie, to w rzeczywistości można ją wykorzystać do własnych
celów. Dzięki rezystancji możliwe jest wytwarzanie ciepła i światła, zmniejszanie przepływu
prądu, gdy jest to konieczne, oraz dostarczanie do urządzeń prądu o odpowiednim napięciu.
Kiedy na przykład elektrony płyną przez żarnik żarówki, napotykają tak duży opór,
że znacznie zwalniają. Gdy przedzierają się między atomami żarnika, atomy te gwałtownie
się ze sobą zderzają, wydzielając ciepło, które wytwarza światło żarówki.
Wszystko stawia przepływającym elektronom jakiś opór, nawet najlepsze przewodniki
(w istocie istnieje pewna grupa materiałów, które nie stawiają żadnego oporu, nazywają
się one nadprzewodnikami, ale swoje właściwości zyskują dopiero w bardzo niskich
temperaturach i w tradycyjnej elektronice ich się nie używa). Im wyższa rezystancja,
tym bardziej ograniczony przepływ prądu.
Co decyduje o poziomie rezystancji danego przedmiotu? Ma na to wpływ kilka czynników:
Rodzaj materiału — niektóre materiały pozwalają swoim elektronom
swobodnie się poruszać, a inne trzymają je ściśle na miejscu. Siła, z jaką dany
materiał stawia opór przepływającym elektronom, określa jego rezystywność
(opór właściwy). Rezystywność to cecha materiału odzwierciedlająca jego
chemiczną strukturę. Przewodniki stawiają względnie niski opór elektryczny,
a izolatory — wysoki.
Przekrój materiału — rezystancja zmienia się odwrotnie w stosunku do pola
powierzchni przekroju przewodnika, tzn. im większa średnica, tym mniejsza
rezystancja, ponieważ elektronom łatwiej jest się poruszać. Pomyśl o wodzie
przepływającej przez rurę — im szersza rura, tym łatwiej wodzie płynąć. Z tego
wynika, że miedziany drut o dużej średnicy stawia mniejszy opór elektryczny
niż drut miedziany o małej średnicy.
Długość materiału — im dłuższy materiał, tym większy stawia opór, ponieważ
na większej długości dochodzi do większej liczby zderzeń elektronów z innymi
cząstkami. Rezystancja rośnie wraz ze wzrostem długości przewodnika.
Temperatura — w większości materiałów podwyższenie temperatury powoduje
zwiększenie oporu elektrycznego. Jest to związane z tym, że w wyższych
temperaturach cząstki mają większą energię, przez co dochodzi do znacznie
większej liczby zderzeń między nimi, co spowalnia ruch elektronów. Wyjątkiem
od tej reguły jest rezystor nazywany termistorem — stawiany przez niego opór
elektryczny zmniejsza się w przewidywalny sposób wraz ze wzrostem temperatury
(nietrudno sobie wyobrazić, jak bardzo ta cecha jest przydatna w układach czujników
temperatury). Termistory opisaliśmy w rozdziale 12.
Rezystancję w obwodzie elektronicznym oznacza się symbolem R. Czasami obok
symbolu może znajdować się dodatkowy napis w indeksie dolnym, określający, o którego
elementu rezystancję chodzi, np. Rż może oznaczać rezystancję żarówki w obwodzie.
Jednostką rezystancji jest om, a jej symbolem jest grecka litera omega (Ω). Im większa
wartość omegi, tym wyższa rezystancja.
Poleć książkęKup książkęRozdział 5: Stawiamy opór 83
Om jest bardzo małą jednostką oporu elektrycznego i dlatego w większości przypadków
do określania rezystancji używa się bardzo dużych wartości, np. kiloomów (połączenie
wyrazów „kilo” i „om”), czyli tysiąc omów (symbol kΩ), i megaomów (połączenie
wyrazów „mega” i „om”), czyli milion omów (symbol MΩ). Podsumowując, 1 kΩ = 1000 Ω,
a 1 MΩ = 1 000 000 Ω.
Rezystory — bierne, ale potężne
Rezystory to bierne elementy elektroniczne, które są specjalnie zaprojektowane tak,
aby stawiały określony opór elektryczny (np. 470 Ω albo 1 kΩ — rysunek 5.1).
Rysunek 5.1. Rezystory mają różne rozmiary i wartości znamionowe
Mimo iż za pomocą rezystora nie zwiększysz prądu ani nie zmienisz jego kierunku, to
w istocie jest to bardzo potężne małe urządzenie, ponieważ pozwala ograniczać przepływ
prądu w przewidywalny sposób. Odpowiednio dobierając i rozmieszczając rezystory
w różnych miejscach obwodu, możesz zdecydować, jaka ilość prądu będzie przesłana
do jego poszczególnych części.
Do czego służą rezystory?
Ze względu na swoją prostotę i wszechstronność rezystory należą do najpopularniejszych
elementów elektronicznych. Najczęściej używa się ich do ograniczania ilości prądu
przepływającego przez obwód, ale za ich pomocą można także kontrolować napięcie
dostarczane do wybranej części obwodu oraz tworzyć obwody czasowe.
Ograniczanie przepływu prądu
Na rysunku 5.2 przedstawiona jest 6-woltowa bateria zasilająca diodę LED. Prąd do
diody płynie przez rezystor oznaczony prostokątem. Diody LED (a także wiele innych
części elektronicznych) pożerają prąd tak, jak dzieci cukierki — próbują wchłonąć
tyle, ile tylko dadzą radę. Diody mają jednak pewną wadę — jeśli pobiorą zbyt dużo
prądu, to ulegają spaleniu. Rezystor pełni w takim przypadku bardzo pożyteczną funkcję,
gdyż ogranicza ilość prądu przesyłanego do diody (tak jak dobry rodzic ogranicza ilość
cukierków dziecku).
Poleć książkęKup książkę84 Część II: Sterowanie prądem za pomocą elementów elektronicznych
Rysunek 5.2. Rezystor ogranicza ilość prądu wpływającego do delikatnej diody
elektroluminescencyjnej
Zbyt duży prąd może zniszczyć wiele elementów elektronicznych, takich jak tranzystory
(opisane w rozdziale 10.) czy układy scalone (opisane w rozdziale 11.). Umieszczając
rezystor przed delikatną częścią, ograniczamy ilość prądu, jaka do niej dociera (lecz jeśli
użyjesz za dużego rezystora, np. 1 MΩ, czyli 1 000 000 omów, to nie zobaczysz światła,
chociaż zostanie ono wytworzone!). Ten prosty zabieg pozwoli Ci zaoszczędzić
mnóstwo pieniędzy i czasu, który musiałbyś poświęcić na wymianę uszkodzonych
elementów obwodów.
Ograniczanie przepływu prądu przez rezystory można zaobserwować w przedstawionym
na rysunku 5.2 obwodzie, wstawiając do niego rezystory o różnych wartościach. W sekcji
„Odczytywanie wartości rezystorów stałych” znajdziesz opis kolorowych kodów
paskowych umieszczanych na tych elementach, dzięki czemu nauczysz się rozpoznawać
ich rezystancję. Na razie podaję tylko, jak powinny wyglądać te, których potrzebujesz
w tej chwili.
Oto elementy potrzebne do zbudowania obwodu z rezystorem i diodą LED:
Cztery baterie 1,5 V AA
Jedna oprawa na cztery baterie AA
Jeden klips do podłączania baterii
Jeden rezystor 470 Ω (kod paskowy: żółty, fioletowy, brązowy oraz na końcu
pasek złoty, srebrny, czarny, brązowy lub czerwony)
Jeden rezystor 4,7 kΩ (kod paskowy: żółty, fioletowy, czerwony oraz czwarty
pasek w dowolnym kolorze)
Jeden rezystor 10 kΩ (kod paskowy: brązowy, czarny, pomarańczowy
oraz czwarty pasek w dowolnym kolorze)
Jeden rezystor 47 kΩ (kod paskowy: żółty, fioletowy, pomarańczowy
oraz czwarty pasek w dowolnym kolorze)
Jedna dioda LED (dowolnego rozmiaru i koloru)
Trzy izolowane zaciski szczękowe lub jedna płytka prototypowa
Zbuduj obwód przy użyciu zacisków szczękowych lub płytki prototypowej (rysunek
5.3), używając na początek rezystora 470 Ω. Pamiętaj, aby prawidłowo podłączyć diodę,
tzn. krótszym wyprowadzeniem do ujemnego styku baterii. Sposób podłączenia
rezystora nie ma znaczenia. Zwróć uwagę, jak jasno świeci dioda. Następnie wyjmij
Poleć książkęKup książkęRozdział 5: Stawiamy opór 85
Rysunek 5.3. Dwa sposoby budowania obwodu z rezystorem i diodą LED
rezystor i w jego miejsce włóż następny w kolejności poziomu rezystancji, potem
kolejny itd. Czy po każdej wymianie dioda świeci słabiej? Jest tak dlatego, że im wyższa
rezystancja, tym większe ograniczenie przepływu prądu, którego mniej dociera do
diody, co z kolei sprawia, że ta świeci coraz słabiej.
Na rysunku 5.4 widać obwód równoległy (zobacz rozdział 4.), w których każda gałąź
zawiera rezystor o innej wartości. W gałęziach z silniejszym rezystorem przepływ prądu
jest bardziej ograniczony, przez co diody w nich świecą z mniejszym natężeniem.
Rysunek 5.4. Wyższa rezystancja bardziej ogranicza przepływ prądu,
przez co diody emitują mniej światła
Redukowanie napięcia
Przy użyciu rezystorów można zmniejszyć napięcie docierające do różnych części
obwodów. Jeśli masz np. baterię 9-woltową, ale do zasilenia układu scalonego potrzebujesz
napięcia 5 V, to możesz zbudować taki obwód, jaki widać na rysunku 5.5, który na wyjściu
wytwarza napięcie 5 V. I voilà, możesz używać napięcia wyjściowego, Uwy, tego dzielnika
napięcia do zasilania swojego układu (szczegółowy opis, jak to działa, znajduje się
w rozdziale 6.).
Poleć książkęKup książkę 86 Część II: Sterowanie prądem za pomocą elementów elektronicznych
Rysunek 5.5. Dwa rezystory tworzące dzielnik napięcia
— typowa technika uzyskiwania różnych wartości napięcia dla różnych części obwodu
Jeśli chcesz zobaczyć dzielnik napięcia w akcji, skonstruuj obwód pokazany na
rysunku 5.6. Potrzebne Ci będą do tego następujące części:
Jedna bateria 9 V
Jeden klips do podłączania baterii
Jeden rezystor 12 kΩ (kod paskowy: brązowy, czerwony, pomarańczowy
Trzy izolowane zaciski szczękowe lub jedna płytka prototypowa
oraz czwarty pasek w jakimkolwiek kolorze)
Rysunek 5.6. Dwa sposoby budowania obwodu dzielnika napięcia
Następnie ustaw miernik uniwersalny na pomiar napięcia prądu stałego i zmierz
napięcie na baterii oraz na rezystorze 15 kΩ, jak pokazano na rysunku 5.7. W moim
przypadku okazało się, że bateria zapewnia napięcie 9,24 V, a Uwy (napięcie na
rezystorze 15 kΩ) wynosi 5,15 V.
Rysunek 5.7. Pomiar napięcia dostarczanego przez baterię (po lewej) i napięcia na
rezystorze 15 kΩ
Poleć książkęKup książkę Rozdział 5: Stawiamy opór 87
Kontrolowanie cykli czasowych
Przy użyciu rezystora w połączeniu z innym popularnym elementem elektronicznym
— kondensatorem, którego opis znajduje się w rozdziale 7. — można uzyskać dające
się przewidzieć wzrosty i spadki napięcia w wybranych miejscach. Dowiesz się, że
z połączeń rezystorów z kondensatorami można tworzyć coś w rodzaju klepsydry,
co bardzo się przydaje w obwodach, w których ważne jest odmierzanie czasu
(np. w światłach ulicznych). Zasadę działania duetu rezystor-kondensator opisałam
w rozdziale 7.
Rodzaje rezystorów — stałe i zmienne
Są dwa rodzaje rezystorów — stałe i nastawne. Obu powszechnie używa się w obwodach
elektronicznych. Poniżej znajduje się zwięzły opis każdego z nich.
Rezystor stały stawia niezmienny, z góry ustalony opór elektryczny. Znajduje
zastosowanie, gdy trzeba ograniczyć przepływ prądu do określonej wartości
albo podzielić napięcie w wybrany sposób. W obwodach z diodami LED
używa się rezystorów do ochrony tych delikatnych elementów przed spaleniem.
Rezystor nastawny, często nazywany potencjometrem lub reostatem, pozwala
nastawiać siłę rezystancji od zera omów do fabrycznie określonej wartości
maksymalnej. Potencjometrów używa się wówczas, gdy trzeba zmieniać wartość
prądu lub napięcia dostarczanego do danej części lub danego obwodu. Wśród
urządzeń, w których użyty jest potencjometr, można wymienić ściemniacze
światła, układy zmiany natężenia dźwięku w sprzęcie grającym i czujniki pozycji,
choć w sprzęcie RTV potencjometry zostały w znacznym stopniu wyparte przez
urządzenia cyfrowe.
W tej sekcji bliżej poznasz rezystory stałe i nastawne. Na rysunku 5.8 przedstawiono
symbole używane do oznaczania rezystorów stałych, potencjometrów i reostatów
na schematach ideowych (zobacz ramkę „Potencjometr czy reostat?”).
Rysunek 5.8. Symbole do oznaczania rezystorów
Rezystory stałe
Rezystory stałe mają fabrycznie określoną rezystancję, ale ich rzeczywiste wartości
mogą nieco odbiegać od znamionowej. Różnicę tę wyraża się procentowo i określa
mianem tolerancji.
Powiedzmy, że wybraliśmy do obwodu rezystor o wartości 1000 Ω i tolerancji 5 .
W takim przypadku rzeczywista wartość rezystancji może się wahać w granicach od
950 do 1050 Ω (ponieważ 5 z 1000 wynosi 50). Można powiedzieć, że rezystancja
wynosi 1000 Ω plus minus 5 .
Poleć książkęKup książkę88 Część II: Sterowanie prądem za pomocą elementów elektronicznych
Ustawiłam swój miernik uniwersalny na pomiar rezystancji i zmierzyłam wartości
pięciu rezystorów 1000 Ω o tolerancji 5 . Oto moje wyniki: 985 Ω, 980 Ω, 984 Ω,
981 Ω oraz 988 Ω.
Wyróżnia się dwie kategorie rezystorów stałych:
Standardowe, o tolerancji w zakresie od 2 do aż 20 procent wartości znamionowej.
Na opakowaniu zawsze jest podane, jak bardzo rzeczywista rezystancja może się
różnić od znamionowej (np. ±2 , ±5 , ±10 albo ±20 ). Tego rodzaju
rezystorów można używać w większości zastosowań domowych czy hobbystycznych,
ponieważ służą one do ograniczania prądu lub dzielenia napięcia w pewnym
określonym zakresie. W wielu układach elektronicznych można spotkać rezystory
o tolerancji w zakresie od 5 do 10 procent.
Rezystory precyzyjne, o tolerancji w zakresie 1 procenta wartości znamionowej.
Używa się ich w obwodach, w których wymagany jest bardzo duży stopień
dokładności, np. służących do precyzyjnego pomiaru czasu, lub w układach
stabilizujących napięcie.
Wiele rezystorów ma kształt cylindra, z którego wyprowadzone są dwie końcówki
(rysunek 5.1) służące do podłączania go do innych elementów obwodu (aby dowiedzieć
się o wyjątkach, przeczytaj ramkę „Rozpoznawanie rezystorów na płytkach drukowanych”,
która znajduje się dalej w tym rozdziale). Na pewno ucieszy Cię wiadomość, że te małe,
miłe urządzenia z dwoma wyprowadzeniami można podłączać do obwodu w dowolny
sposób, tzn. nie istnieją w ich przypadku takie pojęcia, jak strony lewa i prawa czy góra i dół.
Większość rezystorów stałych zdobią kolorowe paski, za pomocą których zakodowane
są informacje o wartości znamionowej i tolerancji rezystorów (zobacz sekcję
„Odczytywanie wartości rezystorów stałych”). Lecz nie dotyczy to wszystkich;
niektóre mają na obudowie wydrukowaną wartość i parę innych liczb, które łatwo
można pomylić. Jeśli nie masz pewności, jaka jest wartość rezystancji danego
rezystora, sprawdź ją za pomocą swojego miernika uniwersalnego, jak np. pokazano
na rysunku 5.9. Podczas pomiaru rezystor nie powinien być podłączony do obwodu,
ponieważ może to spowodować zafałszowanie wyniku.
Rysunek 5.9. Rzeczywistą rezystancję rezystora można zmierzyć
za pomocą miernika uniwersalnego
W projektach obwodów zazwyczaj podawane są bezpieczne zakresy wartości rezystorów.
Czasami podana jest wartość dla każdego rezystora z osobna, a czasami wartość
sumaryczna dla wszystkich rezystorów w obwodzie. Szukaj tych informacji w spisie
części lub na schemacie ideowym. Jeżeli na schemacie nie określono tolerancji, można
przyjąć standardową tolerancję (±5 lub ±10 ).
Poleć książkęKup książkę Rozdział 5: Stawiamy opór 89
Odczytywanie wartości rezystorów stałych
Kolorowe linie zdobiące większość rezystorów oprócz cieszenia naszych oczu spełniają
jeszcze jedną funkcję. W kolorach tych zakodowane są informacje o wartości
znamionowej i tolerancji rezystorów. Lecz nie dotyczy to wszystkich; niektóre mają
nieciekawy, jednolity kolor i wydrukowaną wartość cyfrową na obudowie. Kolorowy
kod zaczyna się z jednej strony rezystora i składa się z kilku kolorowych pasków. Każdy
kolor symbolizuje jakąś wartość, a jego położenie decyduje o sposobie interpretacji.
Standardowe rezystory mają cztery kolorowe paski: trzy pierwsze określają wartość
znamionową rezystora, a czwarty — jego tolerancję. Przy użyciu informacji
przedstawionych w tabeli 5.1 można rozszyfrować wartość znamionową
standardowego rezystora w następujący sposób:
Pierwszy pasek oznacza pierwszą cyfrę.
Drugi pasek oznacza drugą cyfrę.
Trzeci pasek oznacza mnożnik w postaci liczby zer, pod warunkiem że nie ma
koloru złotego lub srebrnego.
Jeśli trzeci pasek jest złoty, wartość należy pomnożyć przez 0,1 (czyli podzielić
przez 10).
Jeśli trzeci pasek jest srebrny, wartość należy pomnożyć przez 0,01 (czyli podzielić
przez 100).
Czwarty pasek określa tolerancję, jak pokazano w piątej kolumnie tabeli 5.1.
Jeśli nie ma czwartego paska, należy przyjąć, że tolerancja wynosi ±20 .
Tabela 5.1. Kolorowy kod rezystorów
Kolor
Pasek 1.
Pasek 2.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Czarny
Brązowy
Czerwony
Pomarańczowy
Żółty
Zielony
Niebieski
Fioletowy
Szary
Biały
Złoty
Srebrny
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Pasek 3.
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
= 1 (brak zer)
= 10 (jedno zero)
= 100 (dwa zera)
= 1000 (trzy zera)
= 10 000 (cztery zera)
= 100 000 (pięć zer)
= 1 000 000 (sześć zer)
= 10 000 000 (siedem zer)
= 100 000 000 (osiem zer)
= 1 000 000 000 (dziewięć zer)
0,1 (dzielenie przez 10)
0,01 (dzielenie przez 100)
Tolerancja
±20
±1
±2
±3
±4
brak
brak
brak
brak
brak
±5
±10
Poleć książkęKup książkę90 Część II: Sterowanie prądem za pomocą elementów elektronicznych
Aby obliczyć znamionową wartość rezystancji rezystora, należy utworzyć liczbę
z dwóch pierwszych cyfr (ustawiając je obok siebie) i pomnożyć ją przez mnożnik.
Najłatwiej to zrozumieć na konkretnym przykładzie:
Czerwony-czerwony-żółty-złoty — rezystor ozdobiony paskami czerwonym (2),
czerwonym (2), żółtym (4 zera) i złotym (±5 ) (rysunek 5.10) ma rezystancję
znamionową o wartości 220 000 Ω, czyli 220 kΩ, która może się wahać w górę
i w dół o 5 procent. W związku z tym wartość rzeczywista rezystancji tego rezystora
może zawierać się w przedziale od 209 kΩ do 231 kΩ.
Brązowy-czarny-złoty-srebrny — rezystor ozdobiony paskami brązowym (1),
czarnym (0), złotym (0,1) i srebrnym (±10 ) (rysunek 5.10) ma rezystancję
znamionową o wartości 10 · 0,1 = 1 Ω, która może się wahać w górę i w dół
o 10 procent. W związku z tym rzeczywista wartość rezystancji tego rezystora
może zawierać się w przedziale od 0,9 do 1,1 Ω.
Rysunek 5.10. Rozszyfrowywanie kodu paskowego na rezystorze w celu określenia jego
rezystancji
Rezystory precyzyjne mają po pięć kolorowych pasków. Trzy pierwsze oznaczają trzy
pierwsze cyfry, czwarty to mnożnik, a piąty reprezentuje tolerancję (najczęściej ±1 ).
Na rezystorach można znaleźć przeróżne kombinacje kolorowych pasków, a niektóre
z tych elementów w ogóle nie mają takich oznaczeń. Dlatego najlepszym rozwiązaniem
jest każdorazowe sprawdzanie rzeczywistej wartości za pomocą miernika.
Rezystory nastawne, czyli potencjometry
Potencjometry służą do płynnego ustawiania poziomu rezystancji. Są to urządzenia
z trzema wyprowadzeniami, tzn. mają trzy kontakty połączeniowe (rysunek 5.11).
Rezystancja między dwoma zewnętrznymi stykami jest stała i równa maksymalnej
rezystancji potencjometru. Natomiast między stykiem środkowym i każdym z dwóch
pozostałych rezystancja jest zależna od ustawienia suwaka lub gałki służących do
nastawiania poziomu rezystancji.
Potencjometr składa się ze ścieżki oporowej z połączeniami z obu stron, po której
porusza się szczotka służąca do nastawiania wartości oporu w zakresie od zera do
określonej wartości maksymalnej (rysunek 5.12). Każde zakończenie ścieżki oporowej
ma połączenie z jednym z dwóch styków zewnętrznych i to właśnie dlatego rezystancja
między tymi dwoma stykami jest stał
Pobierz darmowy fragment (pdf)